可調(diào)定向耦合器電路的制作方法
【專利摘要】可調(diào)定向耦合器電路包括定向耦合器和校正電路。該定向耦合器包括接收輸入信號的第一端口；向負載輸出輸入信號的第二端口；輸出第一耦合信號的第三端口，該第一耦合信號包含與輸入信號的正向功率成比例的所希望第一耦合信號、和與反射信號的反向功率成比例的外來第一耦合信號；以及輸出第二耦合信號的第四端口，該第二耦合信號包含與該反向功率成比例的所希望第二耦合信號、和與該正向功率成比例的外來第二耦合信號。該校正電路調(diào)整第二耦合信號的樣本的幅度和相位以提供調(diào)整的第二耦合信號，和相加該調(diào)整的第二耦合信號和該第一耦合信號以消除該外來第一耦合信號。
【專利說明】可調(diào)定向耦合器電路

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及可調(diào)定向耦合器電路。

【背景技術】
[0002] 定向耦合器是能夠測量輸入信號的功率的四端口設備。該四個端口可以標為輸入 端口、輸出端口、正向耦合端口和反向耦合端口。輸入和輸出端口與，例如，受測設備（DUT) 連接，正向和反向耦合端口用于監(jiān)視功率。正向耦合端口上的信號與沿著向前方向從輸入 端口行進到輸出端口的信號(例如，輸入信號）成比例。反向耦合端口上的信號與沿著向后 方向從輸出端口行進到輸入端口的信號(例如，反射信號）成比例。
[0003] 定向耦合器的一種常見應用是監(jiān)視無線電系統(tǒng)中的無線電發(fā)射器與天線之間的 功率，例如，其中發(fā)射器和天線分別與定向耦合器的輸入端口和輸出端口連接。功率從發(fā)射 器流向天線(正向功率)，因此從輸入端口流向輸出端口。當天線不完美時，一些功率從天線 反射回來(反向功率)，向后流向輸入端口，返回到無線電發(fā)射器。由于至少兩個原因，這不 是所希望的。首先，反向功率降低了從天線輻射的功率量，因此縮小了無線電系統(tǒng)的范圍和 降低了無線電系統(tǒng)的靈敏度。其次，過量的反射功率可能損壞發(fā)射器。因此，天線設計試圖 使反向功率最小。
[0004] 圖1是定向耦合器的簡化框圖。參照圖1，定向耦合器110包括具有，例如，從無 線電發(fā)射器接收輸入信號的第一端口 101 (輸入端口）、和將輸入信號輸出到，例如，天線的 第二端口 102 (輸出端口）的傳輸線111。定向耦合器110還包括具有展示從第一端口 101 流到第二端口 102的輸入信號的采樣功率的第三端口 103 (正向耦合端口）、和展示從第二 端口 102流到第一端口 101 (從與第二端口 102連接的負載反射）的反射信號的采樣功率 的第四端口 104 (反向耦合端口）的耦合線112。第四端口 104也可以稱為輸入信號的隔離 端口，第三端口 103也可以稱為反射信號的隔離端口。如上所述，定向耦合器110具有在第 三端口 103上測量的耦合信號的功率與從第一端口 101流到第二端口 102的正向功率成比 例的性質(zhì)。類似地，在第四端口 104上測量的耦合信號的功率與從第二端口 102流到第一 端口 101的反向功率成比例。因此，通過在第三和第四端口 103和104上測量耦合信號的 功率，可以分別確定在發(fā)射器與天線之間流動的正向功率和反向功率。
[0005] 如在本領域中所知，可以使用S參數(shù)表示在定向耦合器110的任何兩個端口之間 行進的功率，其中第一端口 101是端口"1"，第二端口 102是端口"2"，第三端口 103是端口 "3"，以及第四端口是端口"4"。因此，可以稱為"耦合因子"、第三端口 103上的功率與輸入 信號的正向功率之間的比值在S參數(shù)術語中可以用S31來表示。另外，S31是第三端口 103 上對正向功率的敏感性的量度，S32是第三端口 103上對反向功率的敏感性的量度。S參數(shù) S32和S31之間的比值可以稱為"方向性"。于是，與f禹合因子和方向性有關的定向f禹合器110 的S參數(shù)可以表示如下：
[0006] S31=C
[0007] S32=C*D
[0008] S42=C
[0009] S41=C*D
[0010] S12=S21 ^ 1
[0011] 在理想的定向耦合器中，第三端口 103只輸出與正向功率成比例的耦合信號，一 點也不受反向功率影響。類似地，第四端口 104在理想情況下輸出與反向功率成比例的耦 合信號，一點也不受正向功率影響。當然，沒有實際定向耦合器是理想的，因此，事實上，第 三端口 103實際輸出包括與正向功率成比例的所希望耦合信號和與反向功率成比例的外 來耦合信號兩者的耦合信號，第四端口 104也輸出包括與反射功率成比例的所希望耦合信 號和與正向功率成比例的外來耦合信號兩者的耦合信號。外來耦合信號負面地影響方向 性。
[0012] 一些傳統(tǒng)定向耦合器試圖在生產(chǎn)期間通過人工調(diào)諧來限制外來耦合信號和改善 方向性，這既費時又缺乏靈活性。例如，一些傳統(tǒng)定向耦合器包括加以移動以實現(xiàn)所希望方 向性，然后適當膠住的調(diào)諧塊。這個過程是費時的，因為必須重復地移走耦合器蓋以調(diào)整和 重新調(diào)整調(diào)諧塊，但每次都必須將它放回原處以測量方向性。進一步，一旦設定了調(diào)諧塊， 定向耦合器就有效地局限于調(diào)諧頻率。類似地，一些傳統(tǒng)定向耦合器將線穿過定向耦合器 的主體的金屬調(diào)諧芯塊。由于可以從外部訪問金屬芯塊，所以無需為了調(diào)諧而移走耦合器 蓋。但是，人工對準仍然是費時的，不能為了管理具有不同頻率的輸入信號而容易地重新調(diào) 整。
[0013] 于是，需要改善定向耦合器的方向性，尤其通過降低或消除反向功率對第三端口 103的輸出的影響，以及通過降低或消除正向功率對第四端口 104的輸出的影響。一般說 來，改善耦合器的方向性使正向功率和/或反向功率能夠得到更精確測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 在一個代表性實施例中，可調(diào)定向耦合器電路包括定向耦合器和校正電路。該定 向耦合器包括配置成從信號源接收輸入信號的第一端口；配置成向負載輸出輸入信號的第 二端口；配置成輸出第一耦合信號的第三端口，該第一耦合信號包含與從第一端口流到第 二端口的輸入信號的正向功率成比例的所希望第一耦合信號、和與從第二端口流到第一端 口的反射信號的反向功率成比例的外來第一耦合信號，該反射信號對應于從負載反射的輸 入信號的一部分；以及配置成輸出第二耦合信號的第四端口，該第二耦合信號包含與該反 向功率成比例的所希望第二耦合信號、和與該正向功率成比例的外來第二耦合信號。該校 正電路被配置成調(diào)整第二耦合信號的樣本的幅度和相位以提供調(diào)整的第二耦合信號，和該 調(diào)整的第二相加該調(diào)整的第二耦合信號和該第一耦合信號以消除該外來第一耦合信號。
[0015] 在另一個代表性實施例中，為定向耦合器提供了校正電路，該定向耦合器包含配 置成接收輸入信號的輸入端口；配置成向負載輸出輸入信號的輸出端口；配置成輸出第一 耦合信號的正向耦合端口，該第一耦合信號包含與輸入信號的正向功率成比例的所希望第 一耦合信號；以及配置成輸出第二耦合信號的反向耦合端口，該第二耦合信號包含與反射 信號的反射功率成比例的所希望第二耦合信號，該反射信號對應于從負載反射的輸入信號 的一部分。該校正電路包括配置成調(diào)整從該反向耦合端口輸出的第二耦合信號的幅度的第 一可調(diào)增益組件；配置成調(diào)整第二耦合信號的相位以提供調(diào)整的第二耦合信號的第一可調(diào) 移相器；以及配置成該調(diào)整的第二相加該調(diào)整的第二耦合信號和該正向耦合端口上的第一 耦合信號，以便消除與反射信號的反向功率成比例的第一耦合信號的外來第一耦合信號的 第一求和電路。該第一可調(diào)增益組件和該第一可調(diào)移相器可根據(jù)輸入信號的頻率來調(diào)整。
[0016] 在另一個代表性實施例中，提供了消除定向耦合器的方向性誤差的方法，該定向 耦合器包含配置成接收輸入信號的第一端口；配置成向負載輸出輸入信號的第二端口；配 置成輸出第一耦合信號的第三端口，該第一耦合信號包含與輸入信號的正向功率成比例的 所希望第一耦合信號、和與反射信號的反向功率成比例的外來第一耦合信號，該反射信號 對應于從負載反射的輸入信號的一部分；以及配置成輸出第二耦合信號的第四端口，該第 二耦合信號包含與該反向功率成比例的所希望第二耦合信號、和與該正向功率成比例的外 來第二耦合信號。該方法包括識別輸入信號的頻率；檢索與所識別頻率相對應的增益和相 位設置；按照檢索的增益和相位設置分別調(diào)整第二耦合信號的幅度和相位，以提供調(diào)整的 第二耦合信號；組合該調(diào)整的第二耦合信號和該第三端口上的第一耦合信號以消除該外來 第一耦合信號；以及輸出所希望第一耦合信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 當結(jié)合附圖閱讀時，可以從如下詳細描述中最佳地理解例示性實施例。要強調(diào)的 是，各種特征件未必按比較繪制。事實上，為了使討論清楚起見，可以任意增強或減小尺度。 在任何可應用和可實施的地方，相同標號都表示相同元件。
[0018] 圖1是定向耦合器的簡化框圖；
[0019] 圖2是按照代表性實施例的可調(diào)定向耦合器電路的簡化框圖；
[0020] 圖3是按照代表性實施例、圖2的可調(diào)定向耦合器電路的簡化電路圖；
[0021] 圖4是示出按照代表性實施例消除定向耦合器的方向性誤差的方法的流程圖；
[0022] 圖5A是描繪按照代表性實施例、為1GHz上的性能校準、圖2的可調(diào)定向耦合器電 路的方向性的圖形；
[0023] 圖5B是描繪按照代表性實施例、為200MHz上的性能校準、圖2的可調(diào)定向耦合器 電路的方向性的圖形；
[0024] 圖6A是描繪指示傳統(tǒng)定向耦合器的方向性的S參數(shù)S31和S32的圖形；以及
[0025] 圖6B是描繪指示按照代表性實施例、圖2的可調(diào)定向耦合器電路的方向性的S參 數(shù)S31和S 32的圖形。

【具體實施方式】
[0026] 在如下詳細描述中，為了說明而非限制的目的，闡述了公開特定細節(jié)的例示性實 施例，以便使人們透徹理解按照本教導的實施例。但是，對于從本公開中受益的人員來說， 顯而易見，偏離本文公開的特定細節(jié)的按照本教導的其它實施例仍然在所附權利要求書的 范圍之內(nèi)。此外，可能省略了對眾所周知設備和方法的描述，以便不會混淆對示范性實施例 的描述。這樣的方法和設備在本教導的范圍之內(nèi)。一般說來，要明白的是，附圖以及描述在 其中的各種元件未按比例繪制。
[0027] 按照各種實施例，將可調(diào)校正電路加入定向耦合器的正向和反向耦合端口中，以 提供附加消除級。一般說來，該校正電路采樣反向耦合端口上的第二耦合信號，調(diào)整它的 幅度和相位，并將它與正向耦合端口輸出的第一耦合信號(包括所希望第一耦合信號以及 外來第一耦合信號）相加。經(jīng)過幅度和相位調(diào)整的第二耦合信號在幅度上與外來第一耦合 信號基本相等，在相位上與外來第一耦合信號相反，因此通過相加運算消除了外來第一耦 合信號。另外，該校正電路采樣正向耦合端口上的第一耦合信號，調(diào)整它的幅度和相位，并 將它與反向耦合端口輸出的第二耦合信號(包括所希望第二耦合信號以及外來第二耦合信 號)相加。經(jīng)過幅度和相位調(diào)整的第一耦合信號在幅度上與外來第二耦合信號基本相等，在 相位上與外來第二耦合信號相反，因此通過相加運算也消除了外來第二耦合信號。
[0028] 圖2是按照代表性實施例的可調(diào)定向耦合器電路的簡化框圖。
[0029] 參照圖2,可調(diào)定向耦合器電路200包括定向耦合器210和校正電路220。如上所 討論，定向f禹合器210包括具有接收輸入信號的第一端口 201 (輸入端口）和輸出輸入信號 的第二端口 202 (輸出端口）的傳輸線211。第一端口 201可以與像無線電發(fā)射器那樣的信 號源連接，以接收輸入信號，第二端口 202可以與像，例如，天線那樣的負載連接。當然，各 種實施例也可應用于各種其它類型的信號源和/或負載。
[0030] 定向耦合器210還包括具有第三端口 203 (正向耦合端口）和第四端口 204 (反向 耦合端口）的耦合線212。第三端口 203被配置成輸出包括所希望第一耦合信號和外來第 一耦合信號的第一耦合信號，該所希望第一耦合信號具有與從第一端口 201流到第二端口 202的輸入信號的正向功率成比例的功率，該外來第一耦合信號具有與從第二端口 202流 到第一端口 201的反射信號的反向功率成比例的功率。第四端口 204被配置成輸出包括所 希望第二耦合信號和外來第二耦合信號的第二耦合信號，該所希望第二耦合信號具有與從 第二端口 202流到第一端口 201的反射信號的反向功率成比例的功率，該外來第二耦合信 號具有與從第一端口 201流到第二端口 202的輸入信號的正向功率成比例的功率。如上所 述，反射信號對應于從與第二端口 202連接的負載反射的輸入信號的一部分。因此，通過分 別測量第三和第四端口 203和204上的所希望第一耦合信號和所希望第二耦合信號的功 率，可以確定正向功率和反向功率。
[0031] 校正電路220被配置成降低或消除在第三端口 203上輸出的外來第一稱合信號、 和在第四端口 204上輸出的外來第二耦合信號，從而改善定向耦合器210的方向性。校正 電路220 -般通過使用在第四端口 204上輸出的第二耦合信號的樣本基本上消除第三端口 203上的外來第一耦合信號，和/或通過使用在第三端口 203上輸出的第一耦合信號的樣本 基本上消除第四端口 204上的外來第二耦合信號來完成這個任務。于是，校正電路220提 供校正第三端口 203'和/或校正第四端口 204'。校正第三端口 203'輸出沒有或有最小 外來第一耦合信號的所希望第一耦合信號。校正第四端口 204'輸出沒有或有最小外來第 二耦合信號的所希望第二耦合信號。
[0032] 在描繪的實施例中，校正電路220包括與校正第三端口 203'連接的第一正饋電 路221、與校正第四端口 204'連接的第二正饋電路222、存儲器240、和控制器250。尤其， 在可替代實施例中，校正電路220可以不偏離本教導的范圍地只包括分別降低或消除外來 第一和第二稱合信號的相應一個的第一和第二正饋電路221和222之一。
[0033] 第一正饋電路221被配置成調(diào)整第四端口 204上的第二耦合信號的樣本的幅度 (振幅）和相位以提供調(diào)整的第二耦合信號，并相加調(diào)整的第二耦合信號和第三端口 203上 的第一耦合信號以消除整個或部分外來第一耦合信號，留下所希望第一耦合信號。第一正 饋電路221包括第一可調(diào)增益組件223、第一可讀移相器224和第一求和電路225。第一可 調(diào)增益組件223被配置成調(diào)整從第四端口 204接收的第二耦合信號的樣本的幅度，以便與 外來第一耦合信號的幅度匹配。第一可調(diào)增益組件223可以使用，例如，可編程衰減器或可 變電阻來實現(xiàn)。第一可讀移相器224被配置成將從第一可調(diào)增益組件223接收的第二耦合 信號的樣本的相位調(diào)整成，例如，與外來第一耦合信號的相位同相或相差180° (取決于第 一求和電路225的類型)，以提供調(diào)整的第二耦合信號。第一可讀移相器224可以使用，例 如，具有不同長度的可選延遲線來實現(xiàn)。當然，可以不偏離本教導的范圍地顛倒第一可調(diào)增 益組件223和第一可讀移相器224的次序。
[0034] 將調(diào)整的第二稱合信號輸入第一求和電路225中，第一求和電路225將調(diào)整的第 二耦合信號與第三端口 203上的第一耦合信號組合，基本上消除了外來第一耦合信號。因 此，在校正第三端口 203'上只輸出所希望第一耦合信號。第一求和電路225可以使用，例 如，變壓器、電阻組合器或差分放大器來實現(xiàn)。電阻組合器可以是三電阻組合器，該三電阻 組合器包括與第一可調(diào)移相器224連接以接收調(diào)整的第二耦合信號的第一電阻、與第三端 口 203連接以接收組合第一耦合信號和外來第一耦合信號的第二電阻、和與校正第三端口 203'連接以輸出第一f禹合信號的第三電阻。第一至第三電阻的每一個可以具有，例如，相 同數(shù)值。三電阻組合器的使用要求將第二稱合信號相對于外來第一稱合信號相移180°， 以提供調(diào)整的第二耦合信號。差分放大器可以包括分別與第一可調(diào)移相器224和第三端口 203連接的差分輸入端口、和與校正第三端口 203'連接和配置成輸出調(diào)整的第二耦合信 號與第一耦合信號之間的差值，因此提高所希望第一耦合信號的輸出端口。尤其，差分放大 器的使用要求將第二耦合信號相對于外來第一耦合信號相移0° (或同相)，以提供調(diào)整的 第二耦合信號。當然，可以不偏離本教導的范圍地包括其它類型的求和電路。
[0035] 外來第一耦合信號的幅度和相位都隨輸入信號的頻率而變。例如，在200MHz上第 一可調(diào)增益組件223和第一可調(diào)移相器224對輸入信號的校正調(diào)整量不同于1GHz上的輸 入信號的校正調(diào)整量。因此，第一可調(diào)增益組件223調(diào)整的增益量和第一可調(diào)移相器224 移動的相位量被設置成輸入信號的頻率的函數(shù)。
[0036] 為了確定適當增益量和相移量，事先針對多個不同輸入信號頻率校準校正電路 220。在校正電路220的相位校準期間，將對應于每個輸入信號頻率的增益和相位設置與相 應輸入信號頻率一起存儲在存儲器240中。進行校準的輸入信號頻率可以是任意的。例如， 用戶可能希望覆蓋寬范圍的輸入信號頻率，因此以25MHz為間隔提供與25MHz到4GHz的輸 入信號頻率相對應的增益和相位設置。當然，可以不偏離本教導的范圍地包括其它頻率范 圍和增量。
[0037] 為了校準增益和相位設置，將具有所希望頻率的輸入信號相繼應用于定向耦合器 電路200 (或具有相同特性的定向耦合器電路)。針對每個輸入信號頻率，調(diào)整第一可調(diào)增 益組件223和第一可調(diào)移相器224,直到在第三端口 203的輸出端上不再檢測到外來第一耦 合信號。然后與輸入信號頻率相關地將各自增益和相位設置存儲在存儲器240中。
[0038] -旦校準的增益和相位設置以及相應輸入信號頻率被存儲在存儲器240中，控制 器250就可以有選擇地檢索它們，并依照輸入信號的頻率將它們應用于第一可調(diào)增益組件 223和第一可調(diào)移相器224。在一個實施例中，可以人工確定輸入信號頻率。例如，用戶可以 使用像旋鈕、鍵板、觸摸屏等那樣的接口，將輸入信號頻率的數(shù)值設置在控制器250中。在 可替代實施例中，輸入信號的頻率可以由自動測試裝備和/或像無線電接收器、示波器、信 號分析器等那樣的單獨檢測器自動確定。與如何識別輸入信號頻率無關，控制器250從存 儲器240中，從多個事先存儲增益和相位設置當中檢索與輸入信號頻率相對應的事先存儲 增益和相位設置，并將檢索的增益和相位設置分別應用于第一可調(diào)增益組件223和第一可 調(diào)移相器224。
[0039] 控制器250至少部分可以使用軟件、固件、硬連線邏輯電路、或它們的組合地使 用像處理器、微處理器、一個或多個專用集成電路(ASIC)、一個或多個現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、或它們的組合那樣的一個或多個處理設備來實現(xiàn)?？刂破?50包括上面討論的與 識別輸入信號頻率的部件交接的接口。存儲器240可以包括像只讀存儲器（ROM)、電可編 程（ROM) (EPROM)、可擦除EPROM (EEPR0M)、閃速存儲器、隨機存取存儲器（RAM)、靜態(tài)RAM (SRAM)、動態(tài)RAM (DRAM)、USB驅(qū)動器等那樣，存儲校準的增益和相位設置以及相應頻率的 非短暫有形計算機可讀介質(zhì)。存儲器240可以是，例如，關系數(shù)據(jù)庫。
[0040] 第二正饋電路222被配置成調(diào)整第三端口 203上的第一耦合信號的樣本的幅度和 相位以提供調(diào)整的第一耦合信號，并相加調(diào)整的第一耦合信號和第四端口 204上的第二耦 合信號以消除整個或部分外來第二耦合信號，留下所希望第二耦合信號。除了方向相反之 夕卜，第二正饋電路222以與上面討論的第一正饋電路221基本相同的方式實現(xiàn)。也就是說， 第二正饋電路222包括第二可調(diào)增益組件226、第二可讀移相器227和第二求和電路228。 第二可調(diào)增益組件227被配置成調(diào)整從第三端口 203接收的第一耦合信號的樣本的幅度， 以便與外來第二耦合信號的幅度匹配。第二可讀移相器227被配置成將從第二可調(diào)增益組 件227接收的第一耦合信號的樣本的相位調(diào)整成，例如，與外來第二耦合信號的相位同相 或相差180° (取決于第二求和電路228的類型)，以提供調(diào)整的第一耦合信號。當然，可以 不偏離本教導的范圍地顛倒第二可調(diào)增益組件226和第二可讀移相器227的次序。將調(diào)整 的第一稱合信號輸入第二求和電路228中，第二求和電路228將調(diào)整的第一稱合信號與第 四端口 204上的第二耦合信號組合，基本上消除了外來第二耦合信號。因此，在校正第四端 口 204'上只輸出所希望第二耦合信號。
[0041] 外來第二耦合信號的幅度和相位都隨輸入信號的頻率而變。因此，第二可調(diào)增益 組件226調(diào)整的增益量和第二可調(diào)移相器227移動的相位量被設置成輸入信號的頻率的 函數(shù)。為了確定適當增益量和相移量，可以事先針對多個不同輸入信號頻率校準校正電路 220。如上所討論，在校正電路220的相位校準期間，將對應于每個所希望輸入信號頻率的 第二可調(diào)增益組件226和第二可調(diào)移相器227的增益和相位設置與相應輸入信號頻率一起 存儲在存儲器240中。
[0042] 圖3是按照代表性實施例、圖2的可調(diào)定向耦合器電路的簡化電路圖。更具體地 說，圖3只示出了如上所述，除了方向相反之外，可以以基本相同方式實現(xiàn)、連接在第四端 口與第三端口之間的第一正饋電路和連接在第三端口與第四端口之間的第二正饋電路的 實施例。
[0043] 參照圖3，可調(diào)定向耦合器電路300包括作為上面討論的定向耦合器210和校正電 路220的例示性實現(xiàn)的定向耦合器310和校正電路320。定向耦合器310包括具有從信號 源305 (例如，發(fā)射器）接收輸入信號的第一端口 301 (輸入端口）、和向負載306 (例如，天 線)輸出輸入信號的第二端口 302 (輸出端口）的傳輸線311。為了例示的目的，可以假設輸 入信號具有大約1GHz的頻率。
[0044] 定向耦合器310還包括具有第三端口 303 (正向耦合端口）和第四端口 304 (反向 耦合端口）的耦合線312。第三端口 303被配置成輸出包括所希望第一耦合信號和外來第 一耦合信號的第一耦合信號，該所希望第一耦合信號具有與輸入信號的正向功率成比例的 功率，該外來第一耦合信號具有與反射信號的反向功率成比例的功率。第四端口 304被配 置成輸出包括所希望第二耦合信號和外來第二耦合信號的第二耦合信號，該所希望第二耦 合信號具有與反射信號的反向功率成比例的功率，該外來第二耦合信號具有與輸入信號的 正向功率成比例的功率。
[0045] 校正電路320被配置成降低或消除在第三端口 303上輸出的外來第一稱合信號、 和在第四端口 304上輸出的外來第二耦合信號，從而改善定向耦合器310的方向性。尤其， 第一正饋電路321被配置成使用在第四端口 304上輸出的第二耦合信號的樣本基本上消除 第三端口 303上的外來第一耦合信號，第二正饋電路322被配置成使用在第三端口 303上 輸出的第一耦合信號的樣本基本上消除第四端口 304上的外來第二耦合信號。
[0046] 在描繪的實施例中，第一正饋電路321與第三端口 303、第四端口 304和校正第三 端口 303'，以及與存儲器240和控制器250 (在圖3中未示出)連接，其能夠調(diào)整第四端口 304上的第二耦合信號的樣本的幅度和相位以提供下面討論的調(diào)整第二耦合信號。第一正 饋電路321包括可編程衰減器323、延遲線選擇器324和三電阻組合器325。三電阻組合器 325包括與延遲線選擇器324連接的輸入電阻351、與第三端口 303連接的輸入電阻352、和 與校正第三端口 303'連接的輸出電阻353。輸入電阻351、輸入電阻352、和輸出電阻353 每一個的數(shù)值可以是，例如，大約16. 7歐姆。
[0047] 可編程衰減器323被配置成調(diào)整從第四端口 304接收的第二耦合信號的樣本的幅 度，以便與第三端口 303上的外來第一耦合信號的幅度匹配。可編程衰減器323的衰減(或 抵抗）水平可以通過控制器250設置，控制器250從存儲器240中檢索與1GHz輸入信號頻 率相對應的設置。延遲線選擇器324被配置成將從可編程衰減器323接收的第二耦合信號 的樣本的相位調(diào)整成與外來第一耦合信號的相位相差180°，以提供調(diào)整的第二耦合信號。 該相位通過選擇與1GHz輸入信號頻率相對應的具有不同長度的多條延遲線之一來調(diào)整。 在描繪的實施例中，延遲線選擇器324包括兩條代表性延遲線，其中之一對應于1GHz輸入 信號頻率，另一條對應于200MHz輸入信號頻率。當然，延遲線選擇器324可以不偏離本教 導的范圍地包括與不同輸入信號頻率相對應的可替代和/或附加延遲線。該選擇由選擇器 250作出，控制器250從存儲器240中檢索與1GHz輸入信號頻率相對應的延遲線。此外，如 上所述，可以不偏離本教導的范圍地顛倒可編程衰減器323和延遲線選擇器324的次序。
[0048] 將延遲線選擇器324輸出的調(diào)整的第二耦合信號提供給三電阻組合器325的一個 輸入端(在輸入電阻351上)，將第三端口 303輸出的第一稱合信號(包括所希望第一稱合信 號和外來第一稱合信號）提供給三電阻組合器325的另一個輸入端(在輸入電阻352上)。 其結(jié)果是，三電阻組合器325通過組合輸入信號基本上消除外來第一耦合信號，并且只向 校正第三端口 303'輸出（在輸出電阻353上）所希望第一耦合信號。校正第三端口 303' 的阻抗用電阻307表示，電阻307可以是，例如，大約50歐姆。
[0049] 此外，在描繪的實施例中，第二正饋電路322與第四端口 304、第三端口 303和校 正第四端口 304'，以及與存儲器240和控制器250 (在圖3中未示出)連接，其能夠調(diào)整第 三端口 303上的第一耦合信號的樣本的幅度和相位以提供下面討論的調(diào)整第一耦合信號。 與第一正饋電路321類似，第二正饋電路322包括可編程衰減器343、延遲線選擇器344和 三電阻組合器345。三電阻組合器345包括與延遲線選擇器344連接的輸入電阻371、與第 四端口 304連接的輸入電阻372、和與校正第四端口 30V連接的輸出電阻373。輸入電阻 371、輸入電阻372、和輸出電阻373每一個的數(shù)值可以是，例如，大約16. 7歐姆。
[0050] 可編程衰減器343被配置成調(diào)整從第三端口 303接收的第一耦合信號的樣本的幅 度，以便與第四端口 304上的外來第二耦合信號的幅度匹配。如上所討論，可編程衰減器 343的衰減(或抵抗)水平可以通過控制器250設置。延遲線選擇器344被配置成將從可編 程衰減器343接收的第一耦合信號的樣本的相位調(diào)整成與外來第二耦合信號的相位相差 180°，以提供調(diào)整的第一耦合信號。如上所討論，該相位在控制器250的控制下調(diào)整。可 以不偏離本教導的范圍地顛倒可編程衰減器343和延遲線選擇器344的次序。
[0051] 將延遲線選擇器344輸出的調(diào)整的第一耦合信號提供給三電阻組合器345的一個 輸入端(在輸入電阻371上)，將第四端口 304輸出的第二耦合信號(包括所希望第二耦合信 號和外來第二稱合信號）提供給三電阻組合器345的另一個輸入端(在輸入電阻372上)。 其結(jié)果是，三電阻組合器345通過組合輸入信號基本上消除外來第二耦合信號，并且只向 校正第四端口 304'輸出（在輸出電阻373上）所希望第二耦合信號。校正第四端口 304' 的阻抗用電阻308表示，電阻308可以是，例如，大約50歐姆。
[0052] 圖4是示出按照代表性實施例消除定向耦合器的方向性誤差的方法的流程圖。
[0053] 如上所討論，定向耦合器包括配置成接收輸入信號的第一端口（輸入端口）；配置 成向負載輸出輸入信號的第二端口（輸出端口）；配置成輸出第一f禹合信號的第三端口（正 向耦合端口），該第一耦合信號包括與輸入信號的正向功率成比例的所希望第一耦合信號、 和與反射信號的反向功率成比例的外來第一耦合信號，該反射信號對應于從負載反射的輸 入信號的一部分；以及配置成輸出第二耦合信號的第四端口（反向耦合端口），該第二耦合 信號包括與反向功率成比例的所希望第二耦合信號、和與正向功率成比例的外來第二耦合 信號。消除定向耦合器的方向性誤差的方法使用校正電路(例如，校正電路220)基本上消除 了來自第三端口的輸出的外來第一耦合信號和來自第四端口的輸出的外來第二耦合信號。
[0054] 參照圖4,在方框S411中識別輸入信號的頻率。例如，可以由用戶經(jīng)由像旋鈕、鍵 板、觸摸屏等那樣的接口將輸入信號的頻率提供給控制器250,或可以由自動測試裝備和/ 或單獨檢測器確定和提供頻率。在方框S412中，從存儲器中檢索與在方框S411中識別的 輸入信號頻率相對應的事先存儲增益和相位設置。例如，控制器250可以使用查找表或其 它檢索工具從存儲器240中檢索事先存儲的增益和相位設置。該增益和相位設置在初始校 準過程中確定，在該過程中可以，例如，通過將具有各種預定頻率的輸入信號施加于定向耦 合器并調(diào)整增益和相位設置，直到分別從第三和第四端口的輸出中消除外來第一和第二耦 合信號經(jīng)驗地確定增益和相位設置。然后可以將確定的增益和相位設置存儲在存儲器240 中供將來使用。在方框S413中，將檢索的增益和相位設置用于設置可調(diào)增益組件(例如，第 一和第二可調(diào)增益組件223, 226)和可調(diào)移相器(例如，第一和第二可調(diào)移相器224, 227)。
[0055] 尤其，圖4中的方框S414到S417旨在從第三端口 203的輸出中消除外來第一耦合 信號，留下所希望第一耦合信號。類似地，方框S418到S421旨在從第四端口 204的輸出中 消除外來第二耦合信號，留下所希望第二耦合信號。顯示在圖4中的頻率的次序無意成為 限制。而是，方框S414到S417的所有或部分方框可以在執(zhí)行方框S418到S421的所有或 部分方框之前或之后執(zhí)行，或方框S414到S417的所有或部分方框可以與方框S418到S421 的所有或部分方框幾乎同時執(zhí)行，這些都不偏離本教導的范圍。此外，在可替代實施例中， 可以將校正電路配置成只消除外來第一耦合信號或外來第二耦合信號之一，在該情況下， 只執(zhí)行方框S414到S417或方框S418到S421。下文為了例示的目的將討論兩者的消除。
[0056] 在方框S414中，由設置的第一可調(diào)增益組件223將來自第四端口的第二耦合信號 的樣本的幅度調(diào)整成與外來第一耦合信號的幅度匹配。在方框S415中，由設置的第一可調(diào) 移相器224調(diào)整第二耦合信號的樣本的相位，以提供與外來第一耦合信號具有所希望相位 關系(例如，同相或相差180° )的調(diào)整第二耦合信號。在方框S416中，將調(diào)整的第二耦合 信號加入第三端口 203上的第一耦合信號中，以便調(diào)整的第二耦合信號基本上消除第一耦 合信號中的外來第一耦合信號，留下在方框S417中輸出的所希望第一耦合信號。
[0057] 類似地，在方框S418中由設置的可調(diào)增益組件226將來自第三端口的第一耦合信 號的樣本的幅度調(diào)整成與外來第二耦合信號的幅度匹配。在方框S419中，由設置的可調(diào)移 相器227調(diào)整第一耦合信號的樣本的相位，以提供與外來第二耦合信號具有所希望相位關 系(例如，同相或相差180° )的調(diào)整第一稱合信號。在方框S420中，將調(diào)整的第一稱合信 號加入第四端口 204上的第二耦合信號中，以便調(diào)整的第一耦合信號基本上消除第二耦合 信號中的外來第二耦合信號，留下在方框S421中輸出的所希望第二耦合信號。
[0058] 上面參考圖4所討論的各種操作的所有或部分操作可以包括在可由上面討論的 像控制器250那樣的計算機處理器或其它處理設備、和/或處理設備的某種組合(例如，通 過分布式處理）執(zhí)行的邏輯中。這些操作可以使用存儲在其例子在上面討論過的計算機可 讀介質(zhì)上、和可由一個或多個計算機處理器、ASIC、FPGA或它們的組合執(zhí)行的內(nèi)部邏輯或軟 件來實現(xiàn)。
[0059] 圖5A是描繪按照代表性實施例、調(diào)諧到1GHz的圖2的可調(diào)定向耦合器電路的方 向性與頻率的關系的圖形。如圖所示，定向耦合器電路200在1GHz上達到了大約40dB的 方向性。在這種情況下，定向耦合器210被認為是高頻定向耦合器。圖5B是描繪按照代表 性實施例、調(diào)諧到200MHz的圖2的可調(diào)定向耦合器電路的方向性與頻率的關系的圖形。如 圖所示，定向耦合器電路200在200MHz上達到了大約46dB的方向性。在這種情況下，定向 耦合器210被認為是低頻定向耦合器。定向耦合器210因此在寬頻率范圍(例如，200MHz到 1GHz)上呈現(xiàn)良好的方向性(例如，好于-30dB和甚至好于 -40dB)。
[0060] 為了比較的目的，圖6A是描繪指示傳統(tǒng)定向耦合器的方向性的S參數(shù)S31和S 32的 圖形。圖6B是描繪指示按照代表性實施例、圖2的可調(diào)定向耦合器電路的方向性的S參數(shù) S31和S32的圖形。
[0061] 方向性有效地是S32與S31之間的差值。參照圖6A，曲線610示出了 S參數(shù)S31，曲 線611示出了 S參數(shù)S32。在1GHz的輸入信號頻率上，在S31上測量到近似-33dB，在S32上 測量到近似_53dB。因此，針對1GHz調(diào)諧的傳統(tǒng)定向耦合器具有大約20dB的方向性。相比 之下，參照圖6B，曲線620示出了 S參數(shù)S31，曲線621示出了 S參數(shù)S32。在1GHz的輸入信 號頻率上，在S31上測量到近似-33dB，在S 32上測量到近似-88dB。因此，按照代表性實施例 的針對1GHz調(diào)諧的定向耦合器電路具有大約55dB的方向性。
[0062] 按照各種實施例，可以將可調(diào)校正電路加入任何定向耦合器中來改善它的方向 性。該可調(diào)校正電路分別從正向和反向耦合端口中消除了外來第一和第二耦合信號，并且 使組件易于調(diào)整，以便可靈活應用在寬范圍的輸入信號頻率上。這使方向性能夠在寬范圍 的輸入信號頻率上好于試圖人工調(diào)諧傳統(tǒng)耦合器簡單取得的方向性。例如，傳統(tǒng)耦合器在 25MHz與1000MHz之間一般具有小于25dB的方向性。本文討論的各種實施例在這個相同范 圍上能夠達到40dB或更大的方向性。另外，因為可調(diào)校正電路可以與任何定向耦合器的輸 出端(例如，正向和反向耦合端口）連接，所以即使定向耦合器要不然具有平凡的方向性，也 可以取向卓越的方向性。此外，由于可調(diào)校正電路是計算機/處理電路控制的(例如，由控 制器250)，所以可以利用計算機和自動測試裝備自動實現(xiàn)對準。
[〇〇63] 雖然本公開引用了示范性實施例，但對于本領域的普通技術人員來說，顯而易見， 可以不偏離本教導的精神和范圍地作出各種改變和修改。因此，應該明白，上面的實施例不 是限制性的，而是例示性的。
【權利要求】
1. 一種用于定向耦合器（200，300 )的校正電路（220，311)，該定向耦合器（200，300 )包 含配置成接收輸入信號的輸入端口（201，301);配置成向負載（306)輸出輸入信號的輸出端 口（202, 302);配置成輸出第一耦合信號的正向耦合端口（203, 303)，該第一耦合信號包含 與輸入信號的正向功率成比例的所希望第一耦合信號、和與反射信號的反向功率成比例的 外來第一耦合信號，該反射信號對應于從負載反射的輸入信號的一部分；以及配置成輸出 第二耦合信號的反向耦合端口（204,304)，該第二耦合信號包含與反射信號的反射功率成 比例的所希望第二耦合信號，該校正電路包含： 第一可調(diào)增益組件（223,323)，配置成調(diào)整從該反向耦合端口（204,304)輸出的第二 耦合信號的幅度； 第一可調(diào)移相器（224,324)，配置成調(diào)整第二耦合信號的相位以提供調(diào)整的第二耦合 信號；以及 第一求和電路（225, 325)，配置成相加該調(diào)整的第二稱合信號和該正向稱合端口 (203, 303)上的第一耦合信號，以便消除外來第一耦合信號， 其中該第一可調(diào)增益組件（223, 323)和該第一可調(diào)移相器（224, 324)可響應輸入信號 的頻率來調(diào)整。
2. 如權利要求1所述的校正電路，其中該第一可調(diào)增益組件包含可編程衰減器。
3. 如權利要求1所述的校正電路，其中該第一求和電路包含電阻組合器。
4. 如權利要求1所述的校正電路，其中該第一求和電路包含差分放大器，其被配置成 輸出該調(diào)整的第二耦合信號與該第一耦合信號之間的差值。
5. 如權利要求1所述的校正電路，其中該第一求和電路包含變壓器。
6. 如權利要求1所述的校正電路，其中該第一可調(diào)移相器被配置成調(diào)整第二耦合信號 的相位，以便該第二耦合信號與正向耦合端口上的外來第一耦合信號相差180°。
7. 如權利要求6所述的校正電路，其中該第一可調(diào)增益組件被配置成調(diào)整第二耦合信 號的幅度，以便該調(diào)整的第二耦合信號具有與正向耦合端口上的外來第一耦合信號基本相 同的幅度。
8. 如權利要求1所述的校正電路，進一步包含： 第二可調(diào)增益組件（226,343)，配置成調(diào)整從該正向耦合端口輸出的第一耦合信號的 幅度； 第二可調(diào)移相器（227,344)，配置成調(diào)整第一耦合信號的相位以提供調(diào)整的第一耦合 信號；以及 第二求和電路（228, 345)，配置成相加該調(diào)整的第一稱合信號和該反向稱合端口 (204, 304)上的第二耦合信號，以便消除外來第二耦合信號，該第二耦合信號進一步包含與 輸入信號的正向功率成比例的外來第二耦合信號。
9. 一種消除定向耦合器（200,300)的方向性誤差的方法，該定向耦合器（200,300)包 含配置成接收輸入信號的第一端口（201，301);配置成向負載（306)輸出輸入信號的第二端 口（202, 302);配置成輸出第一耦合信號的第三端口（203, 303)，該第一耦合信號包含與輸 入信號的正向功率成比例的所希望第一耦合信號、和與反射信號的反向功率成比例的外來 第一耦合信號，該反射信號對應于從負載反射的輸入信號的一部分；以及配置成輸出第二 耦合信號的第四端口（204,304)，該第二耦合信號包含與該反向功率成比例的所希望第二 耦合信號、和與該正向功率成比例的外來第二耦合信號，該方法包含： 識別輸入信號的頻率（S411); 檢索與所識別頻率相對應的增益和相位設置（S412); 按照檢索的增益和相位設置分別調(diào)整第二耦合信號的幅度和相位，以提供調(diào)整的第二 耦合信號（S414, S415); 組合該調(diào)整的第二耦合信號和該第三端口上的第一耦合信號以消除該外來第一耦合 信號（S416);以及 輸出所希望第一耦合信號（S417)。
10.如權利要求9所述的方法，進一步包含： 按照檢索的增益和相位設置分別調(diào)整第一耦合信號的幅度和相位，以提供調(diào)整的第一 耦合信號（S418, S419); 組合該調(diào)整的第一耦合信號和該第四端口上的第二耦合信號以消除該外來第二耦合 信號（S420);以及 輸出所希望第二耦合信號（S421)。
【文檔編號】H03K19/0175GK104065370SQ201410052710
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權日:2013年3月15日
【發(fā)明者】T.R.諾埃 申請人:安捷倫科技有限公司